国内外高功率微波技术发展

一、高功率微波传输器件技术发展

（一）模式变换器

对于高频高功率系统，模式变换器包括波导形式和准光形式两种。波导模式变换器属于管壁闭合型，其输出方向还可以根据角度要求来设计，适用于对低阶模式进行转换。根据口径形状来划分，波导结构的模式变换器有方口型、圆口型、同轴型、矩-圆型、插片型及其他一些介质加载结构的模式变换器。如果以波导模式变换器的轴向轮廓曲线来划分，可以分为同半径弯曲结构、半径渐变结构、转角结构及波纹开槽结构。其轮廓函数既可以根据经验设定进行优化得到，也可以通过样本点优化得到。而对工作于高阶模式的系统，波导模式变换器结构复杂，转换效率低下，窄带宽，波导结构不适宜用于该系统，而须采用准光模式变换器。目前准光模变器件主要有弗拉索夫辐射器和丹尼索夫辐射器两种。本文着重研究的是圆波导结构的模式变换器，故下述提及的模式变换器指的是圆波导结构类型的模式变换器。

（二）过渡器

在微波毫米波系统中，往往微波源与微波输出窗口的连接端口口径或方向不一致，这个时候就需要一个微波过渡器件来实这些器件端口间的匹配，同时保证端口输出模式高纯度，且仍为输入口的微波模式，这种微波过渡器件称为过渡器。当前微波毫米波系统中，波导过渡器是比较常用的一种微波传输器件。

对于过渡器而言，希望有很高的模式纯度，激励起的杂模达到最小，能量反射最少。但如果两端口间口径相差较大或弯曲角度较大，模式间将会产生较强的模式耦合，工作模式将发生畸变或者引入无法忍受的杂模强度。因而，精心设计出尺寸合适、模式纯度高的过渡器就尤为重要。

根据微波过渡器的轴型来分类则主要包括轴向对称过渡器和转弯过渡器。对于纵向传输系统，往往需要用到半径渐变结构的过渡器以匹配端口间尺寸。而对于横向输出结构，往往要用到90°弯头或其他固定角度的过渡器。这种转弯过渡器又包括光滑渐变结构和直角突变结构。因此，每一种应用类型都有着不同的设计思路。

二、高功率微波辐射技术研究

（一）国内外研究现状

国外高功率微波技术正处在一个快速发展并将逐步走向应用的重要时期，美国等加大投入，用以推动高功率微波技术的发展。2012年4月，美国发展战略与预算评估中心(Center for strategic and budgetary assessments，CSBA)发表了题为“改变游戏的规则——定向能武器的发展前景”的研究报告，其中一部分内容是对高功率微波技术进行了分析与判断，给出了今后高功率微波技术的发展建议。对国外公开的技术资料进行综合分析可以看出：

(1)美国公布了他们正在研发空基高功率微波武器的试验情况，由于空基运载平台对高功率微波系统的体积、重量有明显的限制，且微波在大气中传输的功率密度随距离的平方迅速衰减，致使其有效作战距离较短。因此美国计划把高功率微波战斗部装载于隐身无人机或巡航导弹上，用以突防到敌方领域实施抵近攻击。

(2)美国有开展地(海)基高功率微波武器的计划，俄罗斯也有相应的技术基础，这种武器可用于防空反导，破坏其制导系统和通信装置，达到防御目的。

(3)美国空军在未来武器构想中，提出了发展天基高功率微波武器的计划，该计划是把高功率微波装置放在卫星上，用以对抗地面、空中和太空的目标，损伤他们的电子系统。

(4)高功率微波武器具有非致命性，美国等正在开发高功率微波非致命性武器，用以反恐和维稳，或提高作战部队的防御能力，执行人道主义行动和非战斗人员撤离等任务。

(5)回顾高功率微波技术的发展历程，人们往往对它的期望值过高。美国学者认为，高功率微波武器并不是完美无缺的“杀手锏”，更不会完全取代常规动能武器，它要与其他武器结合起来，才能最大限度地发挥效能，从而实现全面的打击及防御能力。

(6)高功率(强调峰值功率)、长脉冲(强调脉冲的能量)、高重频(强调平均功率)、高效率、频率可调以及器件的固态化、紧凑化和轻型化是高功率微波技术发展永恒的课题，只有解决好这些技术或问题，高功率微波技术才能更好地与运载平台结合并进入实际应用阶段。

(7)探索新原理、新技术，突破单个高功率微波源的功率容量限制，发展高功率微波功率合成技术，研究高功率微波与电子系统相互作用的新机理，是当前这一领域研究的重要内容。

（二）典型HPM天线

国外在高功率微波系统中脉冲辐射天线研究方面起步较早，全世界最早的无线电链路通信是1887年Hertz在实验室内完成的，其中采用的馈电单元术无线电传播中的偶极子天线，非封闭圆环属于无线电传播中的环天线，此后，有不同的学者相继对脉冲辐射天线进行了深入研究，此时关于天线的概念以及天线的形状都得到了快速发展，双圆锥偶极子结构、菱形板结构以及三角形平面天线结构均是天线结构方面的创新。当前的取样技术、计算机技术以及高速脉冲形成技术都为新型脉冲天线的研究奠定了基础。其中Vlasov天线可以将TM0，1模式的电磁波转化成脉冲，并且辐射出去，在辐射功率峰值稳定工程中不需要模式转化器，因而在高功率微波系统中得到了广泛应用。

我国在高功率微波技术方面的研究开始的时间较晚，而且研究进展较为缓慢，在研究过程中出现了一定的接收脉冲信号装置、出现了不同类型的脉冲天线，其中就有专门在高功率微波辐射中应用的脉冲天线，不过由于我国技术较为落后、研究起步迟，在不同的研究领域与国际上其它国家相比，存在着明显的不足，因此在今后较长时间内还需要不断地开拓创新。

（三）HPM辐射技术中存在的问题

高功率微波武器主要的攻击目标是雷达、通信、导航、计算机军用电子设备、武器控制及制导系统，能够击穿电子元件，烧毁敌方电子设备，永久地损坏电子系统。由于高功率微波武器几乎可以对付所有现代最先进的武器，在的政治和军事形势下越来越显示出极高的应用价值。高功率微波技术的高速发展，使其在功率上已经达到了武器应用的水平，在军事领域的用途也越来越广泛。高功率微波武器已经成为对付高技术兵器的新型武器系统，成为现代电子武器大家族中的佼佼者。据估计，软杀伤、工艺或技术较为简单的高功率微波武器可能很快问世，但研制成功使其真正地用于实战的高效能高功率微波武器还需要相当长的时间。我国的科技工作者也应该清醒地认识到高功率微波武器的时代就要到来，加快高功率微波武器的研究、开发和对高功率微波武器的防护。

《2022-2027年国内外高功率微波技术发展及应用调研报告》由中研普华高功率微波行业分析专家领衔撰写，主要分析了高功率微波行业的市场规模、发展现状与投资前景，同时对高功率微波行业的未来发展做出科学的趋势预测和专业的高功率微波行业数据分析，帮助客户评估高功率微波行业投资价值。